【《某立体仓库拣选系统控制系统设计与测试分析案例》3700字（论文）】

第第页共30页某立体仓库拣选系统控制系统设计与测试分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u20919某立体仓库拣选系统控制系统设计与测试分析案例 130949第1章拣选系统控制系统设计 125701.1PLC控制系统设计 1280321.1.1控制系统选择 1157731.1.2PLC选型 1246351.2硬件设计 2307671.2.1I/O分配表 2181411.2.2硬件接线 454751.3软件设计 5162661.3.1系统流程 5285741.3.2程序设计 517596第2章设备调试 126432.1调试前准备 1226132.2通讯测试 1217262.3手动调试 1346622.4自动运行 14第1章拣选系统控制系统设计1.1PLC控制系统设计1.1.1控制系统选择本控制系统选择PLC为控制核心，上位机为信息交互站。PLC支持多种程序设计方法，梯形图可读性强，易于监控；STL逻辑缜密，层次分明；SCL简洁高效，允许大量数据处理。可以根据需求选择不同的语言进行编程。且PLC配备多种通讯接口，数据传输方便，可扩展性强，支持多台设备联机工作。1.1.2PLC选型堆垛机与拣选机械手都需要三台伺服联动控制，因此需要具有脉冲发射功能的PLC，初步确定为西门子1214C，但单部PLC最多只能控制一台堆垛机或者一台机械手，因此一条路口需要；两台1214C，考虑到后期拓展性，需要配置一台1500，接收各路口相机数据，进行信息交换与总体调度，初步确定为西门子1511C。1.2硬件设计1.2.1I/O分配表堆垛机作为立体仓库出库搬运设备，是必不可少的基础模块，因此与滚筒线对接设备，如移栽机，统一由一台1214C控制，作为拣选系统的基础的部分。在拆零拣选作业中，需要拣选机械手与支路相机协作进行拆箱播种，但并非必要。因此将其打包组合，由另一台PLC进行控制，可以根据分拣作业的需求自行添加，也可将其省略以减少建设成本。滚筒线与路口相机则交由1511C统一处理调度，同时也负责与上位机，与立体仓库，与仓储管理系统的信息交换，实现以一带多。

表1堆垛机PLC(基础模块)I/O表表2拣选机械手PLC(扩展模块)I/O表1.2.2硬件接线图4-1堆垛机PLC接线图图4-2拣选机械手PLC接线图1.3软件设计1.3.1系统流程拣选工作是从仓储系统接收订单时即开始的，为提高货品出库效率，减少搬运在拣选作业中占用的时间，引入了波次单的概念，即每个订单并不是独立进行拣选作业的，一个拣选任务通常会包含多个相似订单。每个订单一旦被接收，就会分配一个与之绑定的容器，本系统选择的是订单周转箱，扫码机或相机、作业人员通过订单周转箱上的识别码即可知悉订单状态，不再需要纸质单据。系统根据波次订单所需要的所有货品，结合仓储系统内货品存放位置，寻找最短路径，并按顺序向堆垛机输出拣货位，堆垛机根据指令前往立体仓库进行取货，由拣选机械手将取出的料箱内货品按订单播种到订单周转箱内。订单周转箱在播种完毕后继续向下游流动，并在订单完成后最终到达配送站，接受核验并出库。图4-3拣选流程图1.3.2程序设计仓储系统上位机搭载了WMS系统，对所有入库货品进行信息管理，从货品名称、型号、数量，到生产厂家，订单号，入库时间，一应俱全。在收到订单后，能立刻输出货品位置与料箱信息，并提供路径建议。围绕此系统展开下位机拣选程序设计，将使拣选效率大大提高。图4-4WMS系统为在保证模块化设计高拓展性的同时，降低成本，本系统选择1511C以一带多的设计，最多可带动75台次级PLC，配合精益物料搭建的柔性货架，完全满足后期升级拓展需求，实现与企业共同生长。因此，系统内PLC之间的信息交换成为关键。因为所选的PLC皆支持以太网通讯，因此借助交换机，通过拟设共用DB块进行通讯。图4-51511C通讯程序在系统接到订单后，会对所有相似订单进行整合，将相似度高，即需求货品部分重叠的订单归为一个波次单，订单周转箱与订单绑定并进入滚筒线，在上游生产线需求货品与其他订单一致的订单周转箱，将具有更高优先级并提前释放。此时1511C也将对波次单内所有订单所需货品进行打分比较。首要的，应当先针对单个货品进行比较，选出最符合订单需求的料箱。一般是首选存货量大于波次单需求的料箱，然后比较入库日期与保质期，就近选择货品剩余保质期短的料箱就近出库。特殊的，若两个或以上的存量较小的料箱，可以正好满足波次单，则应当优先选取以腾出货架空间。在选出所有货品出库料箱后，在货品间进行比较，能满足较多订单需求的，能解放某一订单使周转箱流入下游的货品将优先出库。同时使用遗传算法，在历史记录中，订单需求多，数量大的货品，会提高其评分因子，经常组合出现的货品订单，出库顺序将更加贴近。当新组合出现时，支持基因迭代更替，实现打分系统的动态更新。图4-6料箱打分货架上所有的料箱位置存储在坐标库中，1511C对于货品位置信息的计算，即接收WMS系统中货品信息，基于坐标库中已存有的横坐标与纵坐标，得到取用货品路径。特别的，虽然堆垛机水平运动与垂直运动可以同时进行，但实际运动中为保证料箱与货品的稳定，垂直运动的能耗更大，速度也更慢，因此在算法中，纵坐标越高的货品，其因子越低，一般为0.9n，其中n为货品在货架中的行数。图4-7货架坐标库在确定选用的料箱后，1511C立刻将指令发布给指定1214C，控制堆垛机前往指定地点取货。料箱传感器协同监测轴运动状态，若出现与预期位置的偏离，如搬运过程中料箱传感器只有一侧检测到料箱动作，或选取料箱异常，则报送检修信号。图4-8电机运动控制堆垛机将料箱运送到工作站后，若货品整箱出库，则无需拆零拣选，移栽机直接抓取料箱，投放至滚筒线回流进入下游配送端。若货品为波次单共同需求，则移栽机将其放到拆零工作台等待，待上一步作业完成，工业相机旋转至对应工作台，当相机旋转至目标工作台后，即拍摄照片进行图像采集已分析需要抓取的货品位置。因为在捕获的过程中，工作台与货品始终保持静止状态，因此使用传统标定法即可获取所需货品的具体坐标信息。在本系统的托盘与料箱中，装有辅助定位锚点，经过学习后，相机能根据辅助锚点快速找到货品捕捉料箱内货品具体位置并将坐标传给1511C调度对应PLC，拣选机械手根据收到的坐标进行抓取，并投放至订单周转箱内。图4-9货品位置学习在单线支路滚筒线中，若上下游调度不协调，如一个订单周转箱在路口处多等待了3秒导致后方所有队列与预期产生偏差，极易出现拥堵撞车现象，使拣选作业变得混乱，大大降低拣选作业效率。本系统提供“退格”解决方案，1511C立即暂停订单接收，将拥堵滚筒线及其上游线路动力滚筒倒转，将撞车订单周转箱释放，待前方行车结束，再重启订单。即使如此，依然会造成较多的资源错配与时间浪费。因此单滚筒线建议分配处理整箱拣选，只出不进。繁忙路段应铺设双支路滚筒线，订单周转箱排队进入支路滚筒线内，能最先完成此支路波次需求的优先级高，最先进入，拣选机械手优先从拆零工作台选择此订单周转箱进行拣选作业，移栽机将其搬运至另一侧回流线内，使原本的单行线升级为一条回路，处理波次单作业时有效避免拥堵，大幅提升拣选效率。特别的，对于可能发生的故障，应建立预案，设置对应报警信号，不同情况引发的报警信号应当分别讨论，例如货品拥堵撞车，轴运动异常，堆垛机前后有异物等，每种情况必须具有识别性，使得总控能够在任何时期发生异常时通过查阅报警信息，立即确定故障原因，维修人员可以迅速到场进行修理作业，保障生产效率。严重的报警应当立即停止拣选作业，避免安全事故。图4-10报警为清除冗余信息，系统支持上电自动复位。

第2章设备调试2.1调试前准备拣选系统在启动前，应仔细检查各电磁阀与气管状态，线缆是否完好，接线是否正确。确认无误后则可启动空气压缩机，为后续调试做准备。系统通气，此时各顶升气缸与气动手指都会恢复至自己的初始状态，若气缸没有恢复至初始状态，首先检查连接气缸的气路有没有受损，其次调节气缸的气阀等2.2通讯测试系统上电后，应当先进入上位机的通讯测试界面，通过预留的DB4通讯数据块，进行通讯测试，检查各级PLC上对应的预留空点位是否成功接通。若预留点位没有正常接通，首先检查网线与交换机是否完好，其次通过Ping通讯检查IP地址与网络延迟。图5-1通讯测试图5-2相机内部通讯参数2.3手动调试通过上位机或者触控面板，依次测试各个气缸、伺服电机、工业相机与传感器能否正常动作，检查各个气缸、伺服驱动器上的传感器是否正常，若存在异常，应先解决故障再继续运行，若无故障则设置伺服运行速度、冲压气缸冲压时间等系统启动的参数，然后按下复位按钮，此时各伺服电机复位，寻找各自的工作原点。在初次使用或工作台变更后，应当将对相机进行至少20次学习调试，在确保相机对于托盘或料箱内货品位置的捕捉具备较高正确率后，拆零拣选工作站才具备投产能力。图5-3轴测试2.4自动运行MWS系统整合订单并生成波次单后，由动力滚筒将绑定完毕的订单周转箱通过滚筒运输向下游流动，工业扫码器识别通过的订单周转箱，确定其订单需求并在对应站点发出信号，顶升气缸动作将订单周转箱输送至支路滚筒线，再运送至对应工作站等待。与此同时，在接收到取货优先表后，堆垛机立即前往对应货架位置，待取出料箱后返回，然后回到待机点执行或等待下一次取货请求。移栽机根据波次单需求将料箱运送至对应拆零工作站后释放